基于VxWorks的嵌入式系统复合通信模式

摘要：在嵌入式系统与VxWorks实时操作系统应用愈加广泛的背景下，结合嵌入式系统对于各类实时通信方式的不同需要，提出基于控制应用的复合通信模式;以Radstone公司的PPCx系列单板机为例，给出实现方法，并对数据通信的产时性与安全性作了研究。片对于各类嵌入式操作系统的数据测验具有很大的参考价值。

关键词：VxWorks 嵌入式系统 实时性 数据通信

　　引言

随着信息技术的不断发展和更新，嵌入式操作系统以其速率高、稳定、可配置内核的优势正得到越来越广泛的应用，包括医学、图像处理、军事、工业控制、电信等许多领域。嵌入式系统必须采用特殊有效的实时操作系统，VxWorks正是一个具有高性能的实时操作系统，成为嵌入式系统操作内核的最佳选择之一。随着嵌入式系统在网络当中的应用不断加强，具有多种数据通道的复合通信模式显得列为必要。本文根据基于VxWorks的嵌入式系统对于数据通信的不同要求，提出一个嵌入式系统复合通信模型，研究几种具有代表性的数据通信方式，并论述在VxWorks下的实现方法及其一些关键技术。

　　1 嵌入式系统复合通信模型的设计

嵌入式系统在控制领域应用十分广泛，例如在工业控制当中常常利用嵌入式系统作为中央控制机，完成信息采集、分系统监管、系统决策等等重要功能。硬件往往离不开软件的支持。VxWorks操作系统是目前功能最全的、独立于处理器的嵌入式实时操作系统之一。考虑如何基于VxWorks实现嵌入式系统的复合通信方式是有意义的。由于此时嵌放式系统已经不再是孤立系统，而是处于某种拓扑网络结构当中，因此，有必采取复合通信模式以适应系统扩展、集中控制和远程信息传输的需要。控制机应当具备优良的系统总线、可靠的控制网络、高速传输通道接口以及远程数据管道。综合以上考虑，图1给出了一个控制机的复合通信模型。

控制机本身采用VME总线标准，可以嵌入多块单板机，具有良好的系统扩展性。为了适应不同的通信要求，外围有三种通信接口。其中光纤通信传输速率很高，适合作为大流量数据通道，例如信号处理机数据传输管道。串口通信设备简单、成本较低，传输速率适中且安全性高，可以作为远程数据通道。以太网则由于其极佳的增容性、稳定性，适合于局域网络控制体系。

　　2 复合通信模式特点分析

为了对以上复合通信模型加以说明，下面对片几种通信模式的特点进行分析。

(1)总线标准

目前常用的总线标准有多种，基中VME总线支持多处理器系统，最多可以容纳21块插件。地址总线32位，数据总线32位，数据传输速率可以达到80Mb/s。VME总线能处理7级中断，具备高速的实时响应能力。VME总线采用主-从结构，主功能模块传输数据之间必须先使用中央仲裁器，也称为系统控制器，具有总线仲裁功能。VME数据传输总线是高速异步并行的，模块间数据传输是通过连锁的握手信号实现的。具有高可靠性，同时其模板结构具有良好的抗震性，适应较为恶劣的工作环境[1]。

(2)控制网络

控制网络一般采用局域网。由于TCP/IP协议是一个标准的企业网络协议，是比较完善的、公认的最有效的互联协议，因此目前流行的操作系统都支持TCP/IP协议，TCP/IP协议还是个稳定的、对称的、支持交叉平台的Client/Server方式的结构，并为应用程序提供了标准接口，对于集中控制的嵌入式系统采用基于TCP/IP的网络通信无疑是方便而且有效的。

(3)高速数据接口

目前来看，光纤通道作为高速数据通信是最为有利的。它是一种利用光纤(苦口婆心铜缆)作为物理链路的高性能串行数据接口，支持SCSI、IP等上层数据传输协议，具有可靠性高、速度快和传输距离的特点，可用来连接大型机、服务器和存储设备以实现高速大容量的信息传输。对于分离的嵌入式硬件系统而言，采用光纤通道作为高速I/O数据接口无疑是一种很好的选择。

(4)远程数据通道

由于控制机的远程数据传输需要较高的安全性，同时一般只需单路传输，如果使用光纤电缆显示成本高而且不需要那么高传输的带宽，因此可以考虑使用串行口通信。串行口在嵌入式系统当中是一类重要的数据通信接口。由于RS-422标准串行口通信采用了双线传输，大大增加了抗共模干扰的能力，最大数据传输速度可以达到10Mb/s，这对于远程数据交换具有极大的优势，因此可用于远程信息交换。

　　3 复合通信方式的实现与关键技术

由于本文的讨论与单板机生产商所提供的板级支持包有关，而不同类型的单板机所提供的板级支持包(BSP、ESP)也会略有不同，为了不失一般性同时具有一定先进性，本文采用英国Radstone公司生产的PPCx系列单板机作示例。PPCx系列